Изобретение относится к области изготовления металлических порошков способом ударного измельчения, и служит, в частности, для переработки стружки тугоплавких металлов для повторного использования в электрометаллургии.The invention relates to the field of manufacturing metal powders by the method of impact grinding, and serves, in particular, for processing refractory metal shavings for reuse in electrometallurgy.
Для измельчения материалов в промышленности используются различные виды мельниц, принцип действия которых обусловлен основными способами разрушения: раздавливание, истирание, раскалывание, удар и резание. [С.Е. Андреев и др. // Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: «Недра». - 1980. - 415 с.]. При производстве тонкодисперсных материалов в больших объемах в условиях промышленности эти способы остаются практически незаменимыми благодаря высоким показателям надежности оборудования и простоте его обслуживания, несмотря на то, что КПД некоторых мельниц довольно невысок и измельчение является достаточно энергоемким процессом. Поэтому правильный выбор оборудования и требования, предъявляемые к технологии, во многих отраслях промышленности стимулируют поиск новых способов и подходов для решения проблем, связанных с измельчением различных по прочности материалов.For grinding materials in industry, various types of mills are used, the principle of which is due to the main methods of destruction: crushing, abrasion, splitting, impact and cutting. [S.E. Andreev et al. // Crushing, grinding and screening of minerals. 3rd ed., Rev. and add. - M .: "Nedra". - 1980. - 415 s.]. In the production of finely dispersed materials in large volumes under industrial conditions, these methods remain practically indispensable due to the high reliability of equipment and ease of maintenance, despite the fact that the efficiency of some mills is rather low and grinding is a rather energy-intensive process. Therefore, the correct choice of equipment and the requirements for technology in many industries stimulate the search for new methods and approaches to solve the problems associated with grinding materials of various strengths.
Из уровня техники известна ударная мельница, предназначенная для тонкого измельчения материалов с различными свойствами [В.В. Блинов и др. // Патент РФ №2282502 от 27.08.2006 Бюл. №24] - аналог. Ударная мельница содержит корпус, верхнюю крышку с центральным загрузочным патрубком, помольные камеры с вращающимися билами, систему отбора готового продукта из зоны измельчения, электропривод. Помольные камеры снабжены формирователями потоков измельчаемого материала, а в систему отбора готового продукта встроен классификатор. Частицы материала, проходя через билы смежных валов и помольные камеры, подвергаются ударам и по мере продвижения к периферии измельчаются. Измельченный материал осаживается на стенки корпуса закрученным потоком, отделяющим крупные частицы от мелких частиц, мелкие частицы отводятся газовым потоком, а крупные, увлекая за собою часть мелких частиц, отводятся на повторное измельчение, что снижает эффективность процесса, уменьшая производительность, увеличивая энергоемкость, и требует дополнительной классификации полученного порошка. Стоит отметить, что использование кислородосодержащей атмосферы окружающего воздуха для формирования потоков частиц и последующей сепарации, в случае использования стружки тугоплавких металлов, таких как молибден или вольфрам - материалов, имеющих большое сродство к кислороду, приводит к возгоранию частиц металла и образованию оксидов в процессе размола, вызванному сильным локальным тепловыделением от ударов бил на скоростях 100-200 м/с. Рассмотренное изобретение относится к устройствам для тонкого измельчения материалов с различными свойствами: твердых (мрамор), упругих (резина), тепло-чувствительных материалов (композиции на основе эпоксидных, полиэфирных или акриловых смол), но совершенно не пригодно для измельчения стружки тугоплавких металлов.From the prior art, an impact mill is known for fine grinding of materials with different properties [V.V. Blinov et al. // RF Patent No. 2282502 dated 27.08.2006 Byull. No. 24] - analog. The impact mill contains a housing, a top cover with a central feed pipe, grinding chambers with rotating beaters, a system for taking the finished product from the grinding zone, and an electric drive. Grinding chambers are equipped with formers of crushed material flows, and a classifier is built into the finished product selection system. Particles of material, passing through the beams of adjacent rolls and grinding chambers, are subjected to impacts and are crushed as they move to the periphery. The crushed material is deposited on the walls of the body by a swirling stream that separates large particles from small particles, small particles are removed by the gas flow, and large particles, carrying some of the small particles along with them, are removed for re-grinding, which reduces the efficiency of the process, reduces productivity, increases energy consumption, and requires additional classification of the resulting powder. It should be noted that the use of an oxygen-containing atmosphere of ambient air for the formation of particle streams and subsequent separation, in the case of using shavings of refractory metals, such as molybdenum or tungsten - materials with a high affinity for oxygen, leads to the ignition of metal particles and the formation of oxides during the grinding process. caused by strong local heat generation from impacts hitting at speeds of 100-200 m / s. The considered invention relates to devices for fine grinding of materials with different properties: solid (marble), elastic (rubber), heat-sensitive materials (compositions based on epoxy, polyester or acrylic resins), but it is completely unsuitable for grinding refractory metal shavings.
Идея использования сжатой струи газа для измельчения твердого материала получила достаточно много вариантов конструктивного оформления. Наиболее близкой по своей технической сущности является мельница ударного действия с неподвижным отбойником-отражателем [И.В. Постникова, В.Н. Блиничев, Я. Кравчик. Струйные мельницы. // «Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение». - №2(42). - 2015] - прототип. Принцип работы прототипа заключается в следующем: измельчаемый материал подается в помольную камеру, где подхватывается струями газа-энергоносителя и разгоняется до высоких скоростей. Движущиеся с большой скоростью частицы сталкиваются либо друг с другом, либо с отбойной плитой, в результате чего происходит их интенсивное разрушение. Дополнительное измельчение осуществляется при трении частиц друг о друга и о стенки помольной камеры. Отсутствие мелющих тел позволяет получать дисперсный материал с низким и даже нулевым содержанием продуктов износа. Размеры частиц готового продукта могут регулироваться в широком диапазоне, причем ударную мельницу обычно снабжают классификатором. Во время работы сжатый газ подают в камеру измельчения через сопла. Сопла имеют два варианта исполнения - конические и сопла Лаваля. Конические сопла обычно применяют для непрочных материалов, а также в спиральных струйных мельницах. Сопло Лаваля в мельницах ударного действия имеет режим работы отличный от расчетного и не дает тех преимуществ сверхзвукового течения струи, которое повышает эффективность размола, особенно в случае измельчения тугоплавких металлов. Специальные ударные мельницы имеют сопла для формирования встречных потоков материала. В этом случае ожидаемый результат, в виде повышения эффективности, не подтверждается практически - при встрече потоков наблюдается большая область стагнации, и такой принцип ударного размола оказывается неэффективным при измельчении тугоплавких металлов.The idea of using a compressed gas jet for crushing solid material has received a lot of design options. The closest in technical essence is a percussion mill with a fixed baffle-reflector [I.V. Postnikova, V.N. Blinichev, J. Kravchik. Jet mills. // “Modern high technologies. Regional Supplement ". - No. 2 (42). - 2015] - prototype. The principle of operation of the prototype is as follows: the crushed material is fed into the grinding chamber, where it is picked up by jets of energy carrier gas and accelerated to high speeds. Particles moving at high speed collide either with each other or with the baffle plate, as a result of which their intensive destruction occurs. Additional grinding is carried out when the particles rub against each other and against the walls of the grinding chamber. The absence of grinding bodies makes it possible to obtain dispersed material with a low or even zero content of wear products. The particle size of the finished product can be controlled over a wide range, and the impact mill is usually equipped with a classifier. During operation, compressed gas is fed into the grinding chamber through nozzles. The nozzles are available in two versions - conical and Laval nozzles. Conical nozzles are commonly used for fragile materials as well as in spiral jet mills. The Laval nozzle in impact mills has an operating mode different from the calculated one and does not provide those advantages of the supersonic jet flow, which increases the efficiency of grinding, especially in the case of grinding refractory metals. Special impact mills are equipped with nozzles to form countercurrent material flows. In this case, the expected result, in the form of an increase in efficiency, is not practically confirmed - when the flows meet, a large area of stagnation is observed, and this principle of impact grinding turns out to be ineffective in grinding refractory metals.
Задачей настоящего изобретения является разработка ударной мельницы, которая позволяет при небольших технических и экономических затратах получить высокую равномерность измельчения стружки тугоплавких металлов с минимальным содержанием пылевой фракции и нулевым содержанием продуктов износа для повторного использования в электрометаллургии.The objective of the present invention is to develop an impact mill that allows, at low technical and economic costs, to obtain high uniformity of grinding refractory metal chips with a minimum dust fraction and zero content of wear products for reuse in electrometallurgy.
Технический результат достигается за счет того, что в ударной мельнице, состоящей из корпуса, входного патрубка, выполненного в виде сопла Лаваля и неподвижного отбойника-отражателя, сопло Лаваля работает в расчетном режиме формирования сверхзвуковой струи, а отбойная плита расположена в области первого диска Маха. Кинематическая схема ударной мельницы представлена на фиг. 1. Цифрами обозначены: 1 - корпус; 2 - сопло Лаваля; 3 - отбойная плита; 4 - подача стружки; 5 - подача газа-энергоносителя.The technical result is achieved due to the fact that in the impact mill, which consists of a body, an inlet pipe made in the form of a Laval nozzle and a stationary baffle-reflector, the Laval nozzle operates in the design mode of the formation of a supersonic jet, and the baffle plate is located in the region of the first Mach disk. The kinematic diagram of the impact mill is shown in Fig. 1. The numbers indicate: 1 - case; 2 - Laval nozzle; 3 - baffle plate; 4 - supply of shavings; 5 - supply of energy carrier gas.
Устройство работает следующим образом: газ-энергоноситель (аргон) подается в сопло Лаваля (2) под давлением 1 МПа через входной патрубок (5) и на выходе сопла приобретает скорость ~400 м/с; стружка тугоплавкого металла подается в сопло по патрубку (4); приобретая ускорение и разгоняясь до сверхзвуковых скоростей, стружка сталкивается с отбойной плитой (3) и разрушается; отбойная плита выполнена из того же тугоплавкого металла, что предотвращает загрязнение продуктами износа; для увеличения эффективности и однородности ударного разрушения стружки отбойная плита помещается в область первого диска Маха, где, благодаря газодинамическим эффектам, струя газа-энергоносителя сжимается, увлекая за собой стружку и уменьшая область стагнации. Цикл измельчения закончен, измельченный материал оседает на дно корпуса (1). На фиг. 2 представлена стружка до размола. На фиг. 3 представлена стружка после (1) - однократного и (2) - двукратного размола. Благодаря применению "чистого удара" измельченный материал имеет однородную структуру с минимальным содержанием пылевой фракции и нулевым содержанием продуктов износа и пригоден для дальнейшего применения в электрометаллургии. С помощью предложенного устройства значительно снижаются энергетические затраты и повышается эффективность переработки вторичного сырья.The device works as follows: energy-carrier gas (argon) is fed into the Laval nozzle (2) under a pressure of 1 MPa through the inlet pipe (5) and at the nozzle outlet it acquires a speed of ~ 400 m / s; high-melting metal shavings are fed into the nozzle through the branch pipe (4); acquiring acceleration and accelerating to supersonic speeds, the chips collide with the baffle plate (3) and are destroyed; the baffle plate is made of the same refractory metal, which prevents contamination with wear products; To increase the efficiency and homogeneity of impact destruction of chips, the baffle plate is placed in the area of the first Mach disk, where, due to gas-dynamic effects, the energy carrier gas jet is compressed, entraining the chips and reducing the stagnation area. The grinding cycle is over, the crushed material settles to the bottom of the housing (1). FIG. 2 shows the chips before grinding. FIG. 3 shows the chips after (1) - single and (2) - double grinding. Thanks to the application of "clean impact", the crushed material has a homogeneous structure with a minimum content of dust fractions and zero content of wear products and is suitable for further use in electrometallurgy. With the help of the proposed device, energy costs are significantly reduced and the efficiency of recycling is increased.